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青果期刊 | 清华大学:实现气象海洋AI大模型国产化关键部署

青果期刊 | 清华大学:实现气象海洋AI大模型国产化关键部署 青研之家
2025-11-03
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导读:清华大学博士生孙语泽、黄小猛教授等近期发表标题为《在中国硬件和框架上部署大气和海洋人工智能模型:迁移策略、性能优化和分析》的会议文章。




研究概要:
    近年来,人工智能技术在大气科学预报与海洋环境模拟领域的应用日益深入。诸如FourCastNet、GraphCast等全球天气预报模型,以及由清华大学科研团队主导研发的全球海洋模拟大模型AI-GOMS,其预测效率显著超越传统数值方法,已成为防灾减灾与气候变化研究的重要支撑。然而,这些先进模型普遍面临硬件投入成本高、供应链稳定性不足等现实挑战,并在长期运行中受到能源消耗问题的制约。因此,构建安全可控的国产人工智能算力基础设施,已成为保障国家科技战略安全与研究自主性的关键任务。该研究成功完成了对多个主流大气与海洋AI模型的国产化迁移与性能优化,为实现核心模型的自主可控部署提供了技术路径与实践参考。研究团队聚焦于解决实际落地中的工程难题,系统构建了覆盖模型迁移、硬件适配与效能评估的完整技术方案。在模型迁移方面,团队以华为MindSpore为目标框架,对原基于PyTorch的模型架构进行了结构重构与算子适配,通过等效替换与定制化开发等方式,确保模型在国产平台上的功能一致性。在性能优化层面,针对华为昇腾910b等国产芯片的架构特性,研究团队应用混合精度计算与分布式训练策略,最大化硬件效能,显著提升了模型运行效率。

    经过系统性的实验验证,迁移优化后的模型在昇腾910b平台上模型训练速度与英伟达A100相当,差异小于5%。在保持高性能的同时,昇腾平台训练能耗降低约10-15%;曙光DCU在推理任务中的能效比提升超过30%,适合长时间、大规模的预测业务。在精度方面,模型在国产平台上的预测结果与原始版本基本一致,确保了科研与业务应用的可靠性。研究突破了模型跨框架迁移、算子适配、分布式训练优化等关键技术瓶颈,形成了一套完整的国产化适配方法论,为后续各类科学计算模型的移植工作提供了重要参考。研究成果验证了国产AI芯片及框架在复杂科学计算场景下的应用潜力,为国产硬件在高端计算市场的拓展提供了实证支持,有助于推动建立更加完善和健壮的国产AI计算生态。


基于不同国产芯片框架的大气和海洋AI模型迁移和优化框架


海洋大模型在不同芯片框架上的训练效率对比




核心PI




黄小猛
清华大学
理学院-地球系统科学系

简介:
黄小猛,清华大学地球系统科学系教授,地球系统值模拟教育部重点实验室主任,博士生导师。2007年毕业于清华大学计算机科学与技术系获博士学位,随后在清华大学计算机科学与技术系高性能计算研究所做博士后研究,2011年聘为副教授,2022年聘为教授。发表学术期刊论文130余篇。担任模式发展领域著名刊物GMD专题编辑,以及世界天气研究计划中国委员会“大数据和人工智能”工作组组长。


研究及招生方向:
1、地球系统数值模拟
2、高性能计算
3、大数据与人工智能

主要科研项目:

1、地球系统数值模拟装置——超级模拟支撑与管理系统,国家发改委;

2、发展通用的地球系统模式高效并行计算框架,国家科学技术部高技术研究发展中心;

3、智能数值模式发展,国家自然科学基金;

4、高分辨率区域海洋模式软件子系统研制,国家科学技术部高技术研究发展中心;

5、高效自动并行的海洋模式计算框架研究,国家自然科学基金;

6、人工智能辅助数值天气预报关键技术研究,国家自然科学基金;

7、面向海洋模式的高效自动并行三维算子库研制,海洋科学与技术试点国家实验室;

8、三维海洋要素场智能化重构技术研究,海洋环境科学与数值模拟重点实验室;

9、高分辨率区域气候动力降尺度预报技术研发与应用,自然资源部北海预报中心;

10、全球大规模高效并行海浪数值模拟技术,自然资源部第一海洋研究所;


文章信息:


上述研究成果发表于人工智能会议《AAAI 2026 - Innovative Applications of AI Conference》。清华大学博士研究生孙语泽为文章第一作者,黄小猛教授为文章通讯作者。该研究受到国家重点研发计划和国家自然科学基金资助。


论文发表:

Yuze Sun, Wentao Luo, Yanfei Xiang, Jiancheng Pan, Jiahao Li, Quan Zhang, Xiaomeng Huang. Deploying Atmospheric and Oceanic AI Models on Chinese Hardware and Framework: Migration Strategies, Performance Optimization and AnalysisAAAI 2026 - Innovative Applications of AI Conference.


点击文末“阅读原文”可查看相关原文。














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【声明】内容源于网络
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